Trends und Herausforderungen der Fahrer- informations- und ... · 15.10.2003 © Alle Rechte bei...
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15.10.2003© Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier-und Weitergaberecht, bei uns.
1Skwarek
Trends und Herausforderungen der Fahrer-informations- und Navigationstechnologie
Dr.-Ing. V. Skwarek
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Trends der Navigation
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ÜbersichtEinführung in die Welt der Navigation
Historische UrsprüngeFunktion und KomponentenVarianten
DynamisierungStand heutePläne für die Zukunft
Ressourcenmanagement - auch bei FahrerinformationssystemenKooperationsprojekte mit der Universität Hildesheim
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Grundlagen der Navigation
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Historisches (1)Grundfrage: „Wo sind wir, wo sinddie anderen?“
erste dokumentierte Anwendung2600 v.Chr. In China zurKriegsführungsouth-pointing-carriage zeigtimmer in das Land des Feindesdrum-carriage zeigtzurückgelegte Distanz an
Erst viel später folgtenAnwendungen zur weiträumigenNavigation wie beispielsweise inder Seefahrt
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Grundlagen der Navigation
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Historisches (2)Kompass wurde erst etwa 100 n.Chr. erfunden
mit magnetisiertem Eisenerz gefüllter magnetischer Fisch, der inWasserschale schwimmt
Absolute Positionsbestimmung durch Jakobsstab (Gradstock) inder Seefahrt etwa 1300 n.Chr. als Vorläufer des Sextanten
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Grundlagen der Navigation
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Ortung heuteOrtung funktioniert heute noch ähnlich wie in historischen Geräten
absolute Positionsbestimmung als Standortgrundlagedurch relative Koppelortung wie
WegstreckenzählerDrehwinkelgeber
wird der sensorisch zurückgelegte Weg mit der Geometrie derKarte verglichen
Techologie ist heute deutlich ausgereifter
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Grundlagen der Navigation
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WegstreckenzählerWegstreckenzähler, auch Odometer genanntheute in allen Fahrzeugen als digitales Signal vorhanden als
digitaler Tacho,Anti-Blockiersystem,geschwindigkeitsabhängige Lautstärkeregelung desAutoradios
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Grundlagen der Navigation
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DrehwinkelsensorenPrinzip Corioliskräfte:
schwingende Stimmgabelverbiegt sich, wenn siesenkrecht zurSchwingungsrichtung gedrehtwirdVerbiegung wird in Form vonWiderstandsänderunggemessenBetrag der Widerstands-änderung lässt auf Drehrateschließen
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Grundlagen der Navigation
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absolute Positionsmessungsatellitengestütztes VerfahrenPosition der Satelliten ist bekanntSignallaufzeiten von mehren Satelliten werden ermitteltTrilateration unter Fehlerminimierung führt zu eigener Position
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Grundlagen der Navigation
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Exkurs: Satellitenortungsverfahren
{ Klammer auf
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Grundlagen der Navigation
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Bestehende und geplante Systemesatellitengestützte Ortungsverfahren essentiell fürPositionsbestimmung an Erdoberfläche und in der Luftwichtig für zivile und militärische Anwendungenzwei weltweit funktionsfähige Systeme:
Global Positioning System (GPS) - USAGlobal Navigation Satellite System (Glonass) - Russland
drittes unabhängiges System in Planung: Galileo - Europa wirdgerade aufgebautalle Systeme verfügen über eine atmosphärisch bedingte bzw.bewußt eingefügte Signalverschlechterung. Diese lässt sich durchein Korrektursignal aus exakt vermessenen Bodenstationenkompensieren (Differential GPS - DGPS).
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Grundlagen der Navigation
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Exkurs: Satellitenortungsverfahren (2)
Anzahl SatellitenHöheDatenwortlängeCodelängeTrägerfrequenzzivile Abweichung
2419130 km152 bit512 bit1602-1614 MHzlat: 100malt: 150m
2420180 km120 bit1024 bit1575.42 MHzlat: 100malt: 150m
3023222??1150-1650 MHzlat: 4m, alt: 7.7m
Glonass GPS Galileo
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Grundlagen der Navigation
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Exkurs: Warum Galileo?bei ständiger Globalisierung der Gesellschaft ist ein exaktesPositionsbestimmungssystem für Inventar, Waren und PersonenessentiellUnabhängigkeit von militärischen Anwendungen und fremdenNationen muss gewährleistet seinhöhere Genauigkeit und größere Verfügbarkeit als bei derzeitigenSystemen notwendig
Glonass: vertikal +/-150m, horizontal +/-100m,GPS ohne s/a: vertikal +/-15m, horizontal +/-10m,Galileo: vertikal +/-7m, horizontal +/-4.5m,
neue Dienste sind denkbarNotruf über Satellithochpräzise Ortunghoheitliche Informationsübertragung
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Exkurs: Satellitenortungsverfahren
Klammer zu }
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Grundlagen der Navigation
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Vergleich der PositionssensorenWegstrecken-zähler
Drehraten-messer
Satelliten-ortung
Messverfahren Relativ Relativ Absolut
Kurzzeit-stabilität
Gut Gut Gut
Langzeit-stabilität
Gut Schlecht Sehr gut
Qualität derMesswerte
Hoch Hoch Unkontrollierbar
Verfügbarkeit 100% 100% Hoch, aber nichtvorhersagbar
Echtzeitfähig-keit
Ja Ja 2 SekundenVerzug
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Grundlagen der Navigation
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Map-Matchinges existiert nicht DER Sensor, der die Position eines FahrzeugsRICHTIG abbildetMap-Matching bezeichnet den Prozess des Einpassens einerPosition auf eine Karteim Rahmen des Map-Matching werden unterschiedlicheSensorsignale verschieden gewichtet
Koppelortung ohne Map-Matching Koppelortung mit Map-Matching
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Navigation
FV/SLH-Sk
Onboard Navigation
Robert Bosch Straße
Map-Matching OrtungPosition
Karte
Start- /Zielsuche
Routen-berechnung
Zielführung
AktuelleKante
Neua
nfor
deru
ng
Ausgabe
Zielführungs-Pfeil
EingabeEingabe /Staumeldung
Cache
Ziel
Start-/ZielKanten
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Navigation und Telematik
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Dynamisierung - GrundbegriffeInformation über die Verkehrssituation auf Straßennetzwerk iststatisch auf einem Datenträger (CD) abgelegtDynamische Schwankungen der Verkehrsstärke - z.B. Staus -werden nicht berücksichtigtKenntnisse über Schwankungen sind jedoch notwendig, um dieschnellsten Routen berechnen zu können
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Navigation und Telematik
FV/SLH-Skwarek
TopologischeGrundkarte
!
…einspuriger Verkehr wegen
Baustelle...
“Jetzt bitte links
abbiegen!”
Meldung und Strategie ausstrahlen
Sender
Fahrzeugendgerät
Fahrerinformierenund leiten
Strategie-zentrale
Strategie zur Ereignisbewältigung anwenden
Situations-erkennung
Meldung erzeugen und verteilen
Verkehrsstörungdetektieren
Störung verifi-zieren undmelden
Ereignis geo-grafischkodieren
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ntra
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Innerstädtische Dynamisierung
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Navigation und Telematik
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Dynamisierung - Historie1974 Autofahrer Rundfunk Informations-system (ARI): Gesprochene FreitextVerkehrsnachrichten über Rundfunk1980 Autofahrer Leit- und Informations-system (ALI): individuelle,verkehrsabhängige Steuerung vonVerkehrsströmen1983 Entwurf des digitalen VerkehrsfunksRDS/TMC1988 Start EU-Projekt ALERT1997 erstes Endgerät mit TMC1998 RDS/TMC wird bundesweit überRundfunk ausgestrahlt2002 Fertiger CEN/ISO-Standard
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Navigation und Telematik
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Prinzip RDS/TMC
TMC-Sendelandschaft
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Navigation und Telematik
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Technische Daten RDS/TMCRDS/TMC = Radio Data Service / TrafficMessage Channelwird auf einem sehr schmalen Seitenbanddes UKW-Rundfunkkanals betriebensehr geringe Datenrate - 1 Meldung/sek.äußerst empfindlicher Datenkanaljede Nachricht besteht aus einem Ereignisund einem OrtNachrichteninhalte sind in standardisiertenTabellen abgelegteine Ortstabelle kann maximal 65536Einträge umfassen - zum Vergleich:Deutschland umfasst etwa 4 Mio.Straßenabschnitte
Nutzer Deutschland:
• 2000 150 000 • 2003 2 500 000 • 2005 5 000 000 (Prognose)
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Navigation und Telematik
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Ausbreitung von RDS/TMC
Historie RDS/TMC:• 1983 erster deutscher Vorschlag• 1988 Start EU-Projekt ALERT• 1997 erstes Endgerät mit TMC• 2002 Fertiger CEN/ISO-Standard
Nutzer Deutschland:
• 2000 150 000• 2003 2 500 000• 2005 5 000 000 (Prognose)
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Navigation und Telematik
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Verkehrsentlastung durch Dynamisierung
Quelle: Shell Studie „Mehr Autos, weniger Verkehr“, 2001
Das wollen wir vermeiden...
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Navigation und Telematik
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GeoreferenzierungsproblemWiederfinden eines Ortes auf einer KarteJEDE Karte ist in Details andersLösung: Georeferenzierung nach AGORA
Ausschneiden einer TeilgeometrieEinfügen in die neue Karte nachFehlerminimierungsverfahren
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Navigation und Telematik
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Datenübertragung über DABDAB = Digital Audio BroadcastDigitaler Nachfolger von UKW-Rundfunkermöglicht digitale Datenübertragungin fast ganz Deutschland wird 2010 UKW-Rundfunk abgeschaltethohe Datenübertragungsrate von 1,2 Mbit/sek. für Audio- undDatenkanäle
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Innerstädtische Warnmeldungen
FV/SLH
INVENT - Ein öffentlich gefördertes Projekt
10:00 - 10:30 Uhr:+ 5 min
10:30-11:30 Uhr:+ 10 min
10:13 Uhr: - 5 min
DAB-Radio
TopologischeGrundkarte(NavTech)
10:30 Reisezeit-verlängerung
+ 10 min
Verk
ehrs
lage
-
zent
rale
(IFA
K M
agde
burg
)
10:00
Reisezeit-verkürzung
-5 min10:13
Strategie-zentrale(NavTech)
Fahrzeugendgerät(Bosch, Ford Research)
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Navigation und Telematik
FV/SLH-Sk
Offboard Navigation
Endgerät Zentrale
Routen-berechnung
Start-/Ziel1-cell´s
Route-Matching
Ortungsmodul
Position
Kommunikation
Start/Ziel
Kommunikation
Karte
Start- /Zielsuche
Start/ZielRoute
RouteRoute
Zielführung
AktuelleKante
Neua
nfor
deru
ngAusgabe
Robert Bosch Straße
Zielführungs-Makro
EingabeZielEingabe /
Staumeldung
TMC-Quelle
TMC-Location
Gesperrte Kanten
dyn. Routen-berechnung
Start-/Ziel1-cell´s
Zusatz- /Verkehrsinfos
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HMI-Ressourcenmanagement
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Traum des Softwareentwicklers?
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HMI-Ressourcenmanagement
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Traum des Fahrers?
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HMI-Ressourcenmanagement
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Fahrsituation berücksichtigen
?
Medien auswählen
?
HMI-Ressourcen-
manager
Grafik AudioTastenMikro
EntertainmentTelefonNavigation
321654987#0*
Zugriffskonflikte lösen
?
AusgabenEingaben
Kontextdaten und Profile
Datenbanken
ProfileKontext
Zugriffsberechtigung
DAX
Konzept
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HMI-Ressourcenmanagement
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Adaptive Visualisierung der Navigation
Navigation
Pfeildarstellung Kartendarstellung 3D Darstellung
Videonavigation
Kontext-Datenbank
Bildschirm-Ausgabe
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Zusammenarbeit mit Universitäten
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Forschung in der ForschungZusammenarbeit mit Universitäten ist essentiell für Forschung beiBosch
industrienahe Ausbildung von StudentenQuerdenker mit neuen Ideen und vielen Fragendirekter Zugang zu Forschungsthemen der Universitäten
ca. 25 Studenten im Jahr 2003 in der Gruppe Verkehrstelematikdavon etwa Hälfte die aus Hildesheim
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Zusammenarbeit mit Universitäten
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Projektseminar im WS 2002/2003Thema: Sprache und Navigation4 Gruppen untersuchen Navigationsgeräte unter linguistischenAspekten
statistische Erhebung über Verständlichkeit vonZielführungsanweisungenMehrsprachigkeit von Fahranweisungenfehlertolerante ZieleingabeVerständlichkeit von Fahranweisungen im Straßenverkehr
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Zusammenarbeit mit Universitäten
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Statistische Auswertungen
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Neue Auswertungsmethoden
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Kooperation Bosch - Universität Hildesheim
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Der Mensch und Navigation?Videoauswertung zur Abschlusspräsentation desProjektseminares „Navigation und Sprache“